一种液压挖掘机物料在线称重装置及液压挖掘机的制作方法

本实用新型涉及一种液压挖掘机物料在线称重装置及液压挖掘机，该实用新型尤其适用于正铲及反铲式液压挖掘机。

背景技术：

挖掘机作为工程机械价值量最高的单品，应用场景极其广泛，随着挖掘机械的快速发展以及人们对量化作业任务要求的提高，越发需要一种可实时对物料进行在线称重和统计挖掘产量的方法，而且已经投入使用的旧的挖掘机也需要加装称重系统，以达到精细化作业的目的。

为了计算出挖掘机在不同挖掘作业工况下所挖掘物料的重量，目前大部分厂商还没有较好的解决方案，部分厂商由于涉及技术保密不愿公开相关测量技术。 CN104132721A提出了通过角度传感器测量得到各部件间的转角，计算各部件实时位置，进而微分计算出各部件的速度、加速度等运动学参数。该方法利用转角分别进行一次和二次微分，在计算中会引入大量误差，其次无法解决物料重心的问题，只能根据计算结果和物料密度、堆积状态对物料质心进行修正。 CN103900669A提出了一种挖掘机铲斗物料动态称重装置及其方法，该方法在工作装置的每一个部件上都安装了传感器，必须事先知道工作装置各部件的重量和重心位置，传感器测得数据后再用一个复杂的计算方法计算出所有部件的工作状态，因被测量较多，导致系统整体误差大，并且也没有考虑负载重心位置和油缸内液压油量变化对结果的影响。

技术实现要素：

本实用新型提供一种液压挖掘机物料在线称重装置及液压挖掘机，用以解决现有技术中存在的不足。

本实用新型按以下技术方案实现：

一种液压挖掘机物料在线称重装置，包括：

传感器模块；

数据处理模块，其与所述传感器模块相连，将传感器检测的信号进行在线处理；

显示模块，其安装在驾驶室内，并与所述数据处理模块相连，数据处理模块处理后的数据通过显示模块进行显示；

其中，所述传感器模块包括：

动态姿态传感器，其用于测量挖掘机上车、动臂以及斗杆的姿态角；

油压传感器，其用于测量油缸的推力；

超声波位移传感器，其安装在铲斗油缸上，用于测量铲斗油缸的位移。

进一步，所述动态姿态传感器包括：

斗杆动态姿态传感器，其安装在斗杆上，测量斗杆的姿态角；

动臂动态姿态传感器，其安装在动臂上，测量动臂的姿态角；

上车动态姿态传感器，其安装在挖掘机上车处，测量挖掘机上车的姿态角。

进一步，所述斗杆动态姿态传感器输出的CAN信号，通过T型连接器连接至动臂动态姿态传感器上，动臂动态姿态传感器输出的CAN信号通过T型连接器连接至上车动态姿态传感器上，上车动态姿态传感器输出的CAN信号通过T型连接器连接到数据处理模块。

进一步，所述油压传感器包括：

动臂油缸压力传感器，其安装在动臂油缸上，用于测量动臂油缸的推力；

斗杆油缸压力传感器，其安装在斗杆油缸上，用于测量斗杆油缸的推力。

进一步，所述动臂油缸压力传感器、斗杆油缸压力传感器通过电压模拟信号接入数据处理模块。

进一步，超声波位移传感器通过电压模拟信号接入数据处理模块。

进一步，所述数据处理模块安装在挖掘机上车处，且数据处理模块具有数据存储功能，能实时将数据存储并调出。

本实用新型有益效果：

本实用新型能够排除油缸位置及铲斗连杆机构位置变化对测量结果的影响，在未知挖掘机物料重心、工作装置各部件重量及重心的情况下，通过安装较少的传感器，用巧妙的方法快速准确地实现挖掘机铲斗内物料重量计算，解决现有挖掘机无法对铲斗物料进行准确称重的技术难题，提高了挖掘机装车作业中的作业量效率和计量精度。

附图说明

图1为该实用新型的反铲式液压挖掘机安装总图；

图2为该实用新型的计算简图；

图3为铲斗部分的局部放大图。

其中，图1中各个部件为：1-物料、2-铲斗、3-超声波位移传感器、4-铲斗油缸、5-斗杆、6-斗杆动态姿态传感器、7-斗杆油缸压力传感器、8-斗杆油缸、 9-动臂、10-动臂动态姿态传感器、11-动臂油缸、12-显示模块、13-上车动态姿态传感器、14-数据处理模块、15-动臂油缸压力传感器、16-挖掘机上车、17- 挖掘机下车。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

如图1所示，一种液压挖掘机物料在线称重装置，包括传感器模块、数据处理模块14和显示模块12；数据处理模块14与传感器模块相连，将传感器检测的信号进行在线处理；显示模块12安装在驾驶室内，并与数据处理模块14相连，数据处理模块14处理后的数据通过显示模块12进行显示。

所述传感器模块包括动态姿态传感器、油压传感器和超声波位移传感器3，动态姿态传感器用于测量挖掘机上车16、动臂9以及斗杆5的姿态角；油压传感器用于测量油缸的推力；超声波位移传感器3安装在铲斗油缸4上，用于测量铲斗油缸4的位移。

继续参照图1所示，所述动态姿态传感器包括斗杆动态姿态传感器6、动臂动态姿态传感器10和上车动态姿态传感器13；斗杆动态姿态传感器6安装在斗杆5上，测量斗杆5的姿态角；动臂动态姿态传感器10安装在动臂9上，测量动臂9的姿态角；上车动态姿态传感器13安装在挖掘机上车16处，测量挖掘机上车16的姿态角。

需要说明的是，动态姿态传感器是由3轴加速度传感器及3轴角速度传感器组成的动态惯性测量模块。所述斗杆动态姿态传感器6输出的CAN信号，通过T 型连接器连接至动臂动态姿态传感器10上，动臂动态姿态传感器10输出的CAN 信号通过T型连接器连接至上车动态姿态传感器13上，上车动态姿态传感器13 输出的CAN信号通过T型连接器连接到数据处理模块14。所述动臂油缸压力传感器15、斗杆油缸压力传感器7通过电压模拟信号接入数据处理模块14。超声波位移传感器3通过电压模拟信号接入数据处理模块14。

继续参照图1所示，所述油压传感器包括动臂油缸压力传感器15和斗杆油缸压力传感器7；动臂油缸压力传感器15安装在动臂油缸11上，用于测量动臂油缸11的推力；斗杆油缸压力传感器7安装在斗杆油缸8上，用于测量斗杆油缸8的推力。

需要说明的是，数据处理模块14安装在挖掘机上车16，用于传感器信号的采集、计算和存储。显示模块12与挖掘机显示仪表功能集成在一起，用于显示当前铲斗2中物料1的重量和累计物料的重量。

如图2、如3所示，液压挖掘机物料在线称重过程如下：

步骤一、斗杆动态姿态传感器6输出的CAN信号，通过T型连接器连接至动臂动态姿态传感器10上，动臂动态姿态传感器10输出的CAN信号通过T型连接器连接至上车动态姿态传感器13上，上车动态姿态传感器13输出的CAN信号通过T型连接器连接到数据处理模块14；动臂油缸压力传感器15、斗杆油缸压力传感器7通过电压模拟信号接入数据处理模块14；

步骤二、数据处理模块14将CAN总线信号和模拟量信号进行在线计算；数据处理模块14具有数据存储功能，能实时将数据存储并调出；

步骤三、数据处理模块14最终计算出的物料重量和总挖掘质量在显示模块上12实时地显示，并且可以操控显示器来调用参数输入和称重置零等程序。

继续参照图2所示，在步骤二中，数据处理模块的计算数学模型如下：

当挖掘机处于水平位置时，m为铲斗内物料质量，斗杆处于某姿态下，铲斗空载时铲斗油缸对铰点O1的力矩为M1，当铲斗有物料时铲斗油缸对铰点O1的力矩为M1'，对力矩的方向定义是顺时针为负值，逆时针为正值；

由M1、M1'可得铲斗内物料对铰点O1的力矩为：

dM1＝M′1-M1 (1)

同理可得空载时动臂油缸对动臂铰点O力矩为M2，有物料时动臂油缸对动臂铰点O力矩为：M′2；

由M2、M′2可得铲斗内物料对动臂铰点O的力矩为：

dM2＝M′2-M2 (2)

将M1、M2的参数事先输入到数据处理模块中，利用查表法提取M1、M2数据；通过两个力矩dM1、dM2反推出物料质量的计算方程如下：

方程(3)中，a、b为动臂、斗杆通过动态姿态传感器测得的俯仰角，Y1、 Y2为斗杆、动臂的铰点中心距。

当工作装置出现侧向倾斜时，即横滚角不为零时，假设动态姿态传感器测得的横滚角为α时，则方程(3)中的重力加速度g修正为g′，a、b修正为a′、b′，修正公式为：

需要说明的是，该上述数学模型只适用于挖掘机上车16在挖掘机下车17 上处在非回转工况，数据处理模块14通过上车动态姿态传感器13输出的角速度信号对回转状态进行判断。

综上可得：本实用新型解决了铲斗物料在线称重的难题，实现了工作装置姿态和车辆姿态的变化不影响称重，同时铲斗物料重心在铲斗中的位置不影响称重结果，无需工作装置各零部件重量及重心位置，提高了挖掘机装车作业中的作业量效率和计量精度。

本实用新型还公开了一种液压挖掘机，包括前述的液压挖掘机物料在线称重装置。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。